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基于科学大概念教学发展科学教育

作者：沈舒柏毅

来源：《小学科学》2022年第03期

名师简介

沈舒东南大学儿童发展与学习科学教育部重点实验室科学与技术教育专业研究生，师从

柏毅教授。学术论文《基于科学大概念教学发展科学教育》在江苏省研究生学术创新论坛

“脑信息·教育交叉研究与实践·”中获评优秀论文，并被第十一届科学教育学科与专业建设研讨

会收录。参与《全国小学科学优秀教学设计案例》丛书项目编委会工作。

柏毅东南大学脑与学习科学系主任，儿童发展与学习科学教育部重点实验室教授，中国

教育学会科学教育分会副理事长，教育部“国培计划”小学科学骨干教师培训项目东南大学首席

专家。

科学教育作为科学发展的基石，在数百年间经历了多次变革，为人类社会培养了科技人

才、普及了科学知识，极大地推动了科学技术的进步与创新。当前，为了满足新时代对高新科

技人才的需求、顺应学生科学能力的发展规律，从事科学教育的工作者需要在政策指引下，不

断探索更为公平、更有质量的科学教育，推进科学教育改革的全面落地。本文通过明确科学概

念与科学大概念的基本内涵，进一步探讨了科学概念形成的神经机制与科学大概念教学的关

系，并结合我国科学教育的现状，提出基于科学大概念教学的相关建议。

一、科学概念与科学大概念

（一）科学概念

前人从教育学、哲学和教育心理学等多个角度对科学概念做出阐述，本文主要从科学教学

的角度，把握科学概念。《科学概念教学中思维能力的培养》一文指出，科学概念是人们通过

观察、实验和思考，在大脑中形成的对客观科学事物的抽象反映，主要体现在事物的共同属性

和本质特征上，是形成科学学科结构的基础。韦钰院士基于儿童学习发展的研究指出，学习者

在进入科学课堂时，往往会带有自身形成的概念，科学教育以此为教学起点，帮助学习者建立

起的科学概念应当是有组织的、系统的和有层次的科学知识。在表述上，科学概念可以是日常

习惯使用的自然语言，也可以是科学家运用其特定的语言规则形成的较为复杂的表达。此外，

韦钰院士还强调，科学概念并不是一成不变的，而是随着时代的发展而不断变动和调整的。

（二）大概念

大概念又称大观念。在教育领域，这一概念最早可追溯到布鲁纳的研究。该研究表明，教

师在教育过程中能够帮助学生理解所学学科的基本结构，让学生学会关联学过的知识，从而解

决课堂内外遇到的各类问题，进而促进学习的迁移。后继的学者从不同角度对大概念的内涵进

行挖掘。从课程内容的角度，格兰特格雷迪（·GrartGradvell）认为，大概念是一个问题或概

括，用来帮助教师思考和决定教的具体内容;埃里克森（HLEriclson）基于同样的角度，认为

大概念是学科中的核心概念，是人们在事实基础上，抽象出来的可迁移的深层次概念。目前，

哈伦（Harlen）从科学教育角度出发，提出的14项科学教育的大概念为目前科学教育领域普

遍认可并不断推广应用。就目前研究成果而言，大概念以学科的结构和方法作为理论和实践基

础，以客观事物为现实基础，通过解释和预测较大范围内事物和现象，帮助学习者认识和理解

世界少数的、可迁移的核心概念，涵盖基本知识与基本技能。

（三）科学大概念

目前，国内对于科学大概念的研究论述往往围绕对科学观念的认识而展开，通常认为，科

学大概念的学习有利于培养学生的科学观念。韦钰院士指出，科学大概念是科学领域中有一定

组织结构、相互联系的科学核心概念和模型。有关科学大概念内容的研究更多集中在国外，

《科学教育的原则和大概念》较为翔实全面地阐述了科学大概念，指出科学教育的目标是帮助

学生不断趋向掌握核心概念的过程，这些核心概念即科学大概念。其有大有小，不同程度的概

念可以进行连接，较小的概念可以连接成中等或较大的概念，进而连接成更大的概念。基于国

内外科学教育对大概念的解读，科学大概念是科学领域中有组织、有结构的帮助学习者认识世

界和理解世界的核心概念，是科学教育各个阶段的指南。

（四）科学概念与科学大概念的区别与联系

科学大概念与科学概念既有区别又有联系。科学概念一般由科学共同体实证研究后进行界

定，便于记录科学成果、传播科学概念与交流分享，一般包括科学现象、科学定律和科学理论

成果。而科学大概念是建立在具体科学概念基础上的，是高度抽象和概括的，是对领域内一般

性科学概念的概括性认识，属于上位概念。相较于科学概念，科学大概念带有一定的模糊性，

是概念之间联通的背景。科学概念连接起来的过程可以一直发展